Zintegrowany układ chłodzenia mikroczipem
Niezależnie od tego, czy są to centra danych, superkomputery czy laptopy: duża ilość ciepła wytwarzana przez chipy i inne elementy półprzewodnikowe jest jednym z największych problemów nowoczesnych produktów elektronicznych. Z jednej strony ogranicza wydajność i gęstość strukturalną komponentów. Z drugiej strony sam proces chłodzenia pochłania dużo energii, którą zużywają wentylatory chłodzące lub pompy chłodzące cieczą.
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy badają sposoby poprawy wydajności wymiany ciepła z chipa do chłodziwa. Na przykład metal o lepszej przewodności cieplnej jest używany jako powierzchnia styku między układem chłodzenia a chipem. Jednak wydajność wszystkich metod w przeszłości nie była bardzo wysoka, a wraz z poprawą wydajności rozpraszania ciepła, złożoność i koszt produkcji systemu rozpraszania ciepła również rosną wykładniczo.
Teraz szwajcarscy naukowcy w końcu znaleźli lepszy sposób na wynalezienie chipa, który nie wymaga zewnętrznego chłodzenia. Mikrotubule zintegrowane z półprzewodnikiem będą doprowadzać ciecz chłodzącą bezpośrednio wokół tranzystora, co nie tylko znacznie poprawia efekt rozpraszania ciepła przez chip, ale także oszczędza energię i sprawia, że przyszłe produkty elektroniczne będą bardziej przyjazne dla środowiska. Produkcja tego zintegrowanego chłodzenia jest tańsza niż poprzedni proces.
Zasada tego rozwiązania polega na tym, że zamiast chłodzenia z zewnątrz chipa, chip jest chłodzony bezpośrednio w środku. Chłodziwo przepływa przez mikrotubule zintegrowane z materiałem półprzewodnikowym od dołu, co oznacza, że ciepło wytwarzane przez tranzystor jako źródło ciepła będzie rozpraszane bezpośrednio. Mikrokanał ma bezpośredni kontakt z tranzystorami w chipie, co zapewnia lepsze połączenie między źródłem ciepła a kanałem chłodzącym. Trójwymiarowe rozgałęzienia kanału chłodzącego również przyczyniają się do dystrybucji chłodziwa i zmniejszają ciśnienie wymagane do cyrkulacji chłodziwa.
Wstępny test układu chłodzenia pokazuje, że może on odprowadzić ponad 1,7 kW ciepła na centymetr kwadratowy i tylko 0,57 watów mocy pompy na centymetr kwadratowy. Jest to znacznie mniej niż moc wymagana do zewnętrznych kanałów chłodzących wytrawianie. „Zaobserwowana wydajność chłodzenia przekracza jeden kilowat na centymetr kwadratowy, co odpowiada 50-krotnej poprawie wydajności w porównaniu z zewnętrznym rozpraszaniem ciepła” – stwierdzili naukowcy.
Zintegrowane chłodzenie mikroczipem ma jeszcze jedną zaletę: jest tańsze niż chłodzenie dodawane z zewnątrz. Ponieważ mikrokanały chłodzące i obwody chipowe mogą być bezpośrednio wprowadzane do półprzewodników podczas produkcji, koszt produkcji jest niższy. Ten wewnętrznie chłodzony mikrochip sprawi, że przyszłe produkty elektroniczne będą bardziej kompaktowe i energooszczędne.
